太阳能智能灌溉阀门控制器设计与应用

发布时间：2022-01-14 17:43

　　针对我国新疆地区土地干旱,水分下渗和蒸发比较严重导致灌溉过程中水分流失的问题,研制出一款根据土壤湿度传感器数据和作物需水量进行决策,实现智能灌溉的阀门控制器。该控制器以STM32单片机为控制核心,采用太阳能供电的方式,控制器包括单片机控制电路、土壤湿度采集电路、太阳能充电控制电路、阀门驱动电路、无线通信电路、阀门状态反馈电路。控制器通过土壤湿度传感器采集的数据进行灌溉决策,在土壤含水率低于作物最适宜生长值下限时开启阀门,当土壤含水率达到田间持水量时关闭阀门。农民能通过手机APP远程获取土壤湿度数据和阀门开关状态信息,并能远程控制阀门进行灌溉。经实验分析论证,该控制器运行稳定,能将土壤含水量控制在合适的范围。 

【文章来源】：节水灌溉. 2020,(09)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

太阳能智能灌溉阀门控制器系统框图

阀门控制器采用STM32F103RBT6单片机为控制核心。该单片机具有成本低廉,功耗低,处理速度较快,资源丰富等特点[7]。单片机片内集成128kbytes的Flash存储空间,可以将农作物整个生长周期中的最适土壤含水量数据存储在单片机的FLASH存储中,并能通过手机APP对参数更新与修改。单片机包含有3个USART通信接口,可同时与土壤湿度传感器、GPRS模块和其他Modbus-Rtu协议设备进行通讯,方便同时与多设备间进行数据交换。单片机内部含有2个12位的AD转换电路,能通过阀门状态反馈电路实时采集阀门开度值。该单片机还具有3组内置SPI串型总线,能与内存卡连接,将土壤湿度数据、阀门开度数据和阀门控制器操作日志储存在本地内存卡中。阀门控制器主控制核心最小系统如图2所示。包含手动复位电路、上电自动复位电路、启动模式选择电路和程序下载电路。根据阀门控制器的功能,对阀门控制器主控制核心最小系统上的IO资源进行分配和功能定义。各引脚定义和功能介绍如表1所示。

阀门控制器程序采用Keil uVision4编写。程序运行流程图如图3所示。程序运行后先对阀门控制器初始化,包括单片机GPIO的设置与初始化,系统时钟的初始化,控制参数的初始化等。初始化完成之后阀门控制器进入工作状态。阀门控制器先与土壤湿度传感器进行通讯,获取土壤湿度值。然后将土壤湿度值与单片机中存储的农作物当前最佳土壤含水量值比较。若低于农作物当前最佳土壤含水量下限,则农作物处于缺水状态,控制阀门开启。阀门开启后,继续采集土壤湿度值。当土壤含水量达到田间持水量时,土壤水分含量达到饱和,控制阀门关闭。在阀门开启和关闭过程,单片机调用AD转换子程序对阀门的开度进行采集,并将阀门的开度状态存储在寄存器中。

【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤水分调控对南疆滴灌棉花产量及土壤水盐分布的影响[J]. 何平如,张富仓,侯翔皓,刘蓝骄,孟晓琛,张晨阳,成厚亮.  水土保持研究. 2020(02)
[2]微咸水膜下滴灌对土壤盐分及棉花产量的影响[J]. 刘雪艳,丁邦新,白云岗,陈星星,肖军.  干旱区研究. 2020(02)
[3]基于智能灌溉系统WSN节点自供电系统设计[J]. 陈明霞,张寒,李顺艳,王晓文.  中国农机化学报. 2019(10)
[4]基于差分进化算法的水肥配比控制系统设计[J]. 彭炫,周建平,许燕,杨莉玲,李忠新.  江苏农业科学. 2019(01)
[5]基于物联网的荔枝园信息获取与智能灌溉专家决策系统[J]. 余国雄,王卫星,谢家兴,陆华忠,林进彬,莫昊凡.  农业工程学报. 2016(20)
[6]我国节水灌溉施肥装置研究现状[J]. 韩启彪,冯绍元,黄修桥,李金山,孙浩,李浩.  节水灌溉. 2014(12)
[7]新疆典型膜下滴灌棉花种植模式的用水效率与效益[J]. 宁松瑞,左强,石建初,王数,刘忠山.  农业工程学报. 2013(22)
[8]作物需水信息远程实时采集系统的设计[J]. 徐志青,韩文霆,张超.  农机化研究. 2013(03)
[9]超级电容-铅酸蓄电池混合储能的太阳能充电器[J]. 林建南,郭震宁,刘祖隆.  通信电源技术. 2011(04)
[10]基于Modbus协议的无线灌溉控制系统研究[J]. 孙刚,郑文刚,赵春江,申长军,周平,吴文彪.  节水灌溉. 2009(10)

硕士论文
[1]基于无线传感器网络的测报技术研究[D]. 陈禹.浙江理工大学 2017



本文编号：3588932